CN104446581A - 一种切削刀具用硼酸铝晶须增强氧化锆陶瓷及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种切削刀具用硼酸铝晶须增强氧化锆陶瓷，由下列重量份的原料制成：瓷土3-4、高铝土3-4、云母2-3、微细氧化硅粉2-3、硼酸铝晶须5-7、碳酸钾0.4-0.7、磷酸氢二氨0.4-0.7、氧化锆85-90、柠檬酸1-2、乙醇适量、去离子水适量、聚丙烯酸1-1.5、聚乙二醇1.2-1.6、硅烷偶联剂kh-550 0.3-0.4、抗磨助剂4-5；本发明的陶瓷具备了高硬度、高密度、耐高温，抗磁化、抗氧化，通过添加硼酸铝晶须，增加了陶瓷的韧性和耐磨性，适用于切削刀具，使用寿命大大延长；通过使用本发明的抗磨助剂，能够增加陶瓷的耐磨性和耐热性。

Description

一种切削刀具用硼酸铝晶须增强氧化锆陶瓷及其制备方法

技术领域

本发明涉及陶瓷刀具材料领域，尤其涉及一种切削刀具用硼酸铝晶须增强氧化锆陶瓷及其制备方法。

背景技术

随着新技术革命的发展，要求不断提高切削加工生产率和降低生产成本，特别是数控机床的发展，要求开发比硬质合金刀具切速更高、更耐磨的新型刀具。日前各种高强度、高硬度、耐腐蚀、耐磨和耐高温的难以切削的新材料日益增多。据文献估计，这类材料己占国际上加工总数的50%以上.，硬质合金刀具对其中不少新材料的加工难以胜任。另一方面，现在国际上硬质合金产量己达20000-25 000 t。每年消耗大量的金属，如W、Co、Ta和Nb等。这些金属的矿产资源正日益减少，价格上涨，按日前消耗速度，用不了几十年.有些资源将耗尽。陶瓷刀具就是在这样的背景下发展起来的。

目前陶瓷刀具以氧化锆陶瓷、氧化铝、氮化铝等陶瓷应用最为广泛，具有高硬度、高密度、耐高温，抗磁化、抗氧化、耐腐蚀性强、化学稳定性好、高耐磨性好等特点，但是这些陶瓷成本高，还需要进一步研究新的材料，降低成本，还要提高陶瓷韧性、散热性、抗热震性、抗磨性等性能，以适应不断发展的技术要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种切削刀具用硼酸铝晶须增强氧化锆陶瓷及其制备方法，该陶瓷具备了高硬度、高密度、耐高温，抗磁化、抗氧化的特点，韧性和耐磨性好。

本发明的技术方案如下：

一种切削刀具用硼酸铝晶须增强氧化锆陶瓷，其特征在于由下列重量份的原料制成：瓷土3-4、高铝土3-4、云母2-3、微细氧化硅粉2-3、硼酸铝晶须5-7、碳酸钾0.4-0.7、磷酸氢二氨0.4-0.7、氧化锆85-90、柠檬酸1-2、乙醇适量、去离子水适量、聚丙烯酸1-1.5、聚乙二醇1.2-1.6、硅烷偶联剂kh-550 0.3-0.4、抗磨助剂4-5；

所述抗磨助剂由下列重量份的原料制成：硼酸镁晶须1.3-1.5、硼酸酯偶联剂0.2-0.4、三氯化锑0.3-0.5、尿素0.4-0.5、硼酸铝晶须0.8-1.2、纳米微晶纤维素0.2-0.4、Y2Si2O7晶须1-2、氧化锡0.2-0.3、纳米石墨0.4-0.8、1-2%盐酸溶液适量、水适量；制备方法为：将三氯化锑、尿素、纳米微晶纤维素、氧化锡加入8-10重量份的水中，磁力搅拌20-25分钟，加入硼酸镁晶须、硼酸铝晶须、Y2Si2O7晶须继续搅拌2-3个小时，再加入硼酸酯偶联剂，加热至70-80℃，搅拌反应20-30分钟，再加入纳米石墨，搅拌20-30分钟，在120-130℃油浴中搅拌至干燥，送入煅烧炉，在氮气氛围中，700-800℃下煅烧50-60分钟，加入2-3倍重量份的1-2%盐酸溶液洗涤2-3次，水洗至中性，烘干，粉碎，过40目筛，即得。

所述切削刀具用硼酸铝晶须增强氧化锆陶瓷的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）将瓷土、高铝土、云母、微细氧化硅粉混合后球磨，过250目筛，加入4-5倍重量份的水，搅拌后加入硅烷偶联剂kh-550、柠檬酸，加热至70-80℃，搅拌10-15分钟，再加入硼酸铝晶须，继续搅拌30-40分钟，喷雾干燥，得到颗粒，再送入煅烧炉中，在氮气氛围中，在700-800℃下煅烧40-50分钟，粉碎，过200目筛，得到颗粒；

（2）将碳酸钾、磷酸氢二氨、氧化锆混合，加入0.8-1倍重量份的乙醇，球磨至200目以下，干燥，得到颗粒；

（3）将前两步得到的颗粒与其他剩余成分混合，取混合材料的3-4倍重量份的去离子水，加入聚丙烯酸、聚乙二醇，搅拌均匀，加入混合材料，球磨1-2小时，超声分散13-17分钟，在110-120℃下烘干，过40目筛，得到颗粒；

（4）将第（3）步得到的颗粒在氮气氛围中，在1610-1670℃下热压，热压压力为25-30MPa，热压时间为40-50分钟，自然冷却，即得。

本发明的有益效果

本发明的陶瓷具备了高硬度、高密度、耐高温，抗磁化、抗氧化，通过添加硼酸铝晶须，增加了陶瓷的韧性和耐磨性，适用于切削刀具，使用寿命大大延长；通过使用本发明的抗磨助剂，能够增加陶瓷的耐磨性和耐热性。

具体实施方式

一种切削刀具用硼酸铝晶须增强氧化锆陶瓷，由下列重量份（公斤）的原料制成：瓷土3.5、高铝土3.5、云母2.5、微细氧化硅粉2.5、硼酸铝晶须6、碳酸钾0.5、磷酸氢二氨0.5、氧化锆88、柠檬酸1.5、乙醇适量、去离子水适量、聚丙烯酸1.3、聚乙二醇1.4、硅烷偶联剂kh-550 0.3、抗磨助剂4.5；

所述抗磨助剂由下列重量份（公斤）的原料制成：硼酸镁晶须1.4、硼酸酯偶联剂0.3、三氯化锑0.4、尿素0.4、硼酸铝晶须1、纳米微晶纤维素0.3、Y2Si2O7晶须1.5、氧化锡0.3、纳米石墨0.6、1.5%盐酸溶液适量、水适量；制备方法为：将三氯化锑、尿素、纳米微晶纤维素、氧化锡加入9重量份的水中，磁力搅拌23分钟，加入硼酸镁晶须、硼酸铝晶须、Y2Si2O7晶须继续搅拌2.5个小时，再加入硼酸酯偶联剂，加热至75℃，搅拌反应25分钟，再加入纳米石墨，搅拌25分钟，在125℃油浴中搅拌至干燥，送入煅烧炉，在氮气氛围中，750℃下煅烧55分钟，加入2.5倍重量份的1.5%盐酸溶液洗涤2.5次，水洗至中性，烘干，粉碎，过40目筛，即得。

所述切削刀具用硼酸铝晶须增强氧化锆陶瓷的制备方法，包括以下步骤：

（1）将瓷土、高铝土、云母、微细氧化硅粉混合后球磨，过250目筛，加入4.5倍重量份的水，搅拌后加入硅烷偶联剂kh-550、柠檬酸，加热至75℃，搅拌13分钟，再加入硼酸铝晶须，继续搅拌35分钟，喷雾干燥，得到颗粒，再送入煅烧炉中，在氮气氛围中，在750℃下煅烧45分钟，粉碎，过200目筛，得到颗粒；

（2）将碳酸钾、磷酸氢二氨、氧化锆混合，加入0.9倍重量份的乙醇，球磨至200目以下，干燥，得到颗粒；

（3）将前两步得到的颗粒与其他剩余成分混合，取混合材料的3.5倍重量份的去离子水，加入聚丙烯酸、聚乙二醇，搅拌均匀，加入混合材料，球磨1.5小时，超声分散15分钟，在115℃下烘干，过40目筛，得到颗粒；

（4）将第（3）步得到的颗粒在氮气氛围中，在1640℃下热压，热压压力为27MPa，热压时间为45分钟，自然冷却，即得。

实验数据：

该实施例陶瓷的维氏硬度为94GPa，抗弯强度为1198MPa，断裂韧性为12MPa·m^1/2。

Claims (2)

1.一种切削刀具用硼酸铝晶须增强氧化锆陶瓷，其特征在于由下列重量份的原料制成：瓷土3-4、高铝土3-4、云母2-3、微细氧化硅粉2-3、硼酸铝晶须5-7、碳酸钾0.4-0.7、磷酸氢二氨0.4-0.7、氧化锆85-90、柠檬酸1-2、乙醇适量、去离子水适量、聚丙烯酸1-1.5、聚乙二醇1.2-1.6、硅烷偶联剂kh-550 0.3-0.4、抗磨助剂4-5；

所述抗磨助剂由下列重量份的原料制成：硼酸镁晶须1.3-1.5、硼酸酯偶联剂0.2-0.4、三氯化锑0.3-0.5、尿素0.4-0.5、硼酸铝晶须0.8-1.2、纳米微晶纤维素0.2-0.4、Y2Si2O7晶须1-2、氧化锡0.2-0.3、纳米石墨0.4-0.8、1-2%盐酸溶液适量、水适量；制备方法为：将三氯化锑、尿素、纳米微晶纤维素、氧化锡加入8-10重量份的水中，磁力搅拌20-25分钟，加入硼酸镁晶须、硼酸铝晶须、Y2Si2O7晶须继续搅拌2-3个小时，再加入硼酸酯偶联剂，加热至70-80℃，搅拌反应20-30分钟，再加入纳米石墨，搅拌20-30分钟，在120-130℃油浴中搅拌至干燥，送入煅烧炉，在氮气氛围中，700-800℃下煅烧50-60分钟，加入2-3倍重量份的1-2%盐酸溶液洗涤2-3次，水洗至中性，烘干，粉碎，过40目筛，即得。

2.根据权利要求1所述切削刀具用硼酸铝晶须增强氧化锆陶瓷的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）将瓷土、高铝土、云母、微细氧化硅粉混合后球磨，过250目筛，加入4-5倍重量份的水，搅拌后加入硅烷偶联剂kh-550、柠檬酸，加热至70-80℃，搅拌10-15分钟，再加入硼酸铝晶须，继续搅拌30-40分钟，喷雾干燥，得到颗粒，再送入煅烧炉中，在氮气氛围中，在700-800℃下煅烧40-50分钟，粉碎，过200目筛，得到颗粒；

（2）将碳酸钾、磷酸氢二氨、氧化锆混合，加入0.8-1倍重量份的乙醇，球磨至200目以下，干燥，得到颗粒；

（3）将前两步得到的颗粒与其他剩余成分混合，取混合材料的3-4倍重量份的去离子水，加入聚丙烯酸、聚乙二醇，搅拌均匀，加入混合材料，球磨1-2小时，超声分散13-17分钟，在110-120℃下烘干，过40目筛，得到颗粒；

（4）将第（3）步得到的颗粒在氮气氛围中，在1610-1670℃下热压，热压压力为25-30MPa，热压时间为40-50分钟，自然冷却，即得。